一種全視場(chǎng)低頻外差干涉儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全視場(chǎng)低頻外差干涉儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 以深紫外光刻機(jī)投影曝光系統(tǒng)為代表的高端光學(xué)設(shè)備，對(duì)光學(xué)元件的加工、光學(xué) 系統(tǒng)的集成提出了極大挑戰(zhàn)。干涉儀作為高精度光學(xué)元件加工和光學(xué)系統(tǒng)集成不可或缺的 核心檢測(cè)設(shè)備，檢測(cè)精度要求不斷提高。
[0003] 傳統(tǒng)光學(xué)加工中采用的光學(xué)面形檢測(cè)方法包括哈特曼傳感器法、刀口法和輪廓法 等。這些方法分別存在著非數(shù)字化需主觀判讀或接觸損傷待測(cè)件等不同的缺點(diǎn)，且很難達(dá) 到較高的測(cè)量精度，是簡(jiǎn)單測(cè)量方法。
[0004] 干涉檢測(cè)法早在百年前就已經(jīng)被使用，屬于非接觸式測(cè)量，且具有大量程、高靈敏 度、高精度等特點(diǎn)，在高精度檢測(cè)時(shí)被廣泛應(yīng)用，其原理是一束光照射標(biāo)準(zhǔn)的參考平面作為 參考光，另一束光照射被測(cè)面返回帶有面形信息作為測(cè)量光，兩束光干涉時(shí)由于光斑不同 位置相位不同產(chǎn)生光程差從而產(chǎn)生彎曲的干涉條紋，即可判斷待測(cè)面的面形起伏。直到 1974年Bruning等人提出移相干涉技術(shù)，把通訊理論中同步相位探測(cè)技術(shù)引入到光學(xué)干涉 術(shù)中，使得干涉檢測(cè)球面面形的精度大大提高。其基本原理是經(jīng)過(guò)四步或多步移動(dòng)待測(cè)元 件，以改變測(cè)試波和參考波之間的位相差，光強(qiáng)也隨之改變，從而得到一系列的方程。最后， 通過(guò)求解方程組得到待測(cè)元件(或系統(tǒng)）的位相值。移相干涉技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，在光學(xué)檢 測(cè)領(lǐng)域具有不可替代的地位。
[0005] 傳統(tǒng)干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該干涉系統(tǒng)的采用點(diǎn)探測(cè)器進(jìn)行，通過(guò)逐點(diǎn)探測(cè) 對(duì)應(yīng)待測(cè)面上各點(diǎn)相位，但是無(wú)法全視場(chǎng)直接探測(cè)，探測(cè)器在進(jìn)行二維掃描的過(guò)程中容易 產(chǎn)生較大誤差。另外，由于沒(méi)有采用低頻差的聲光移頻器，高速面陣相機(jī)幀頻不夠高無(wú)法進(jìn) 行全視場(chǎng)面探測(cè)。而要獲得整個(gè)待測(cè)面的面型，就必須高精密的移動(dòng)點(diǎn)探測(cè)器，無(wú)論橫向移 動(dòng)尺度還是移動(dòng)中上下移動(dòng)的誤差都要求至少小于光波長(zhǎng)量級(jí)，這種要求極其難以實(shí)現(xiàn)， 對(duì)實(shí)際的干涉儀來(lái)說(shuō)是不現(xiàn)實(shí)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種全視場(chǎng)低頻外差干涉儀，具有較高的測(cè)量精度，且抗干 擾性能較好;同時(shí)，其研制難度與成本較低。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種全視場(chǎng)低頻外差干涉儀，包括:激光器、1/2波片、第一與第二偏振分光鏡、第 一與第二聲光移頻器、第一與第二反射鏡、分光棱鏡、空間濾波器、準(zhǔn)直鏡、第一與第二1/4 波片、偏振片、參考鏡、標(biāo)準(zhǔn)透鏡、偏振片、成像鏡與探測(cè)器;其中：
[0009] 所述激光器出射激光經(jīng)過(guò)1/2波片與偏振分光鏡分為偏振方向相互垂直的兩束 光;其中一束光依次經(jīng)由第一反射鏡與第一聲光移頻器射入分光棱鏡；另一束光依次經(jīng)由 第二聲光移頻器與第二反射鏡射入分光棱鏡；
[0010]兩束光經(jīng)所述分光棱鏡進(jìn)行合束，合束后的光束經(jīng)過(guò)空間濾波器濾波，并被準(zhǔn)直 鏡準(zhǔn)直后進(jìn)入第二偏振分光棱鏡進(jìn)行分束;其中一束光透射而出作為測(cè)量光，經(jīng)過(guò)第一 1/4 波片與標(biāo)準(zhǔn)透鏡后照射至被測(cè)樣品鏡面，并被反射按照原路返回；另一束光被第二偏振分 光棱鏡反射而出作為參考光，經(jīng)過(guò)第二1/4波片后射入?yún)⒖肩R，并被反射按照原路返回； [0011 ]被反射按照原路返回的測(cè)量光與參考光再次射入第二偏振分光鏡后合束為一束 光，再經(jīng)過(guò)一個(gè)偏振片使兩束光在同一偏振方向的強(qiáng)度分量進(jìn)行相干，并通過(guò)成像鏡后在 面陣探測(cè)器上得到干涉條紋圖像。
[0012]進(jìn)一步的，面陣探測(cè)器上一點(diǎn)采集的隨時(shí)間t變化的干涉信號(hào)S(t)表示為：
[0014] 其中，E表示兩束光的光強(qiáng)，^與^分別表示經(jīng)過(guò)第一與第二聲光頻移器調(diào)頻后的 光束頻率，R為被測(cè)樣品鏡面粗糙的起伏量，c為光速，L為測(cè)量光往測(cè)樣品鏡面時(shí)相對(duì)于參 考光多走的光程。
[0015] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，采用聲光移頻器外差干涉移相，有效避 免干涉儀存在運(yùn)動(dòng)件，測(cè)量精度進(jìn)一步提高，抗干擾性好，且研制難度與成本可以降低，相 比機(jī)械驅(qū)動(dòng)同樣的優(yōu)勢(shì)更明顯。另外，采用低頻差外差干涉與面陣探測(cè)器進(jìn)行連續(xù)采集，獲 得的信息量更豐富，更有利于精確解算相位。對(duì)大口徑、長(zhǎng)焦距曲面反射鏡的面型測(cè)量，由 于測(cè)量光程長(zhǎng)，特別容易受到震動(dòng)、氣流等因素干擾，本發(fā)明采用的全視場(chǎng)低頻外差干涉 儀方案具有抑制震動(dòng)、氣流等因素干擾的能力，結(jié)合本發(fā)明設(shè)計(jì)的光路，特別適合于大口 徑、長(zhǎng)焦距曲面反射鏡的面型的動(dòng)態(tài)測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0017] 圖1為本發(fā)明【背景技術(shù)】提供的傳統(tǒng)干涉系統(tǒng)的示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種全視場(chǎng)低頻外差干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的面陣探測(cè)器采集的信號(hào)形式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種全視場(chǎng)低頻外差干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所 不，其主要包括:激光器、1/2波片、第一與第二偏振分光鏡、第一與第二聲光移頻器、第一與 第二反射鏡、分光棱鏡、空間濾波器、準(zhǔn)直鏡、第一與第二1/4波片、偏振片、參考鏡、標(biāo)